EM drive: il futuro impossibile dei trasporti spaziali

Arrivare su Marte sarebbe figo, certo. Anche esplorare lo spazio. Ma finché non migliora la tecnologia dei nostri razzi, non andremo proprio da nessuna parte.

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Il suono del silenzio

Pensate al posto più silenzioso dove siate mai stati. Ora pensate ad uno ancora più silenzioso. Che rumore fa? Difficile da immaginare, ma fortunatamente la fisica ci può aiutare, ma dobbiamo iniziare da come funziona il suono.

Altoparlanti, corde vocali e strumenti funzionano tutti con lo stesso principio: spingere e tirare l’aria ritmicamente. Le molecole di aria, poi, spingono e tirano le loro vicine, che spingono sulle loro vicine, e così via. L’aria quindi si stira in alcuni punti e si comprime in altri, creando un’onda di pressione. Così nasce un’onda sonora.

Molecules of air

Molecole d’aria che se ne stanno buone, in realtà, si muovono un sacco. CC-BY-SA Greg L, via Commons

Ma se non c’è nulla a muovere l’aria e produrre i suoni? Che rumore fa il silenzio? Esiste o è come chiedersi il colore di una cosa invisibile?

Le molecole d’aria si scontrano tra loro e vibrano di continuo. Semplicemente perché ha una temperatura, l’aria crea per forza microscopiche variazioni di pressione qua e là. Anche il posto più desolato, remoto e tranquillo ha un suono: il suono del silenzio.

Queste collisioni tra molecole sono piuttosto casuali ed indipendenti tra loro. Il suono che producono—il silenzio—è rumore bianco, quello che alcuni usano per rilassarsi o concentrarsi.

L’intensità del silenzio dipende da che finestra di frequenze consideriamo: più è sottile, meno tipi di scontri tra molecole troviamo, e più silenzioso apparirà il silenzio.

Secondo alcuni calcoli, nella fascia in cui gli umani sono più sensibili (attorno all’altezza della nostra voce), l’aria che se ne sta lì fa -20 decibel di rumore. Piuttosto silenzioso. Troppo per noi: è appena udibile per un gufo, un predatore super-specializzato nel silenzio, con un orecchio grande letteralmente quanto la sua faccia.

That big circle around an owl's face funnels sound: it's basically a giant ear. CC-BY-NC-ND Brian Scott/flickr

La faccia del gufo convoglia tutto il suono dall’ambiente: in pratica è un gigantesco orecchio. CC-BY-NC-ND Brian Scott/flickr

Se, invece, consideriamo tutta la gamma dell’udito umano, il silenzio si fa molto più rumoroso: circa 0 decibel, che è anche più o meno l’intensità più bassa che possiamo percepire, è circa 3 volte più flebile del rumore di un respiro..

Perciò, il nostro udito può gestire qualcosa appena appena più di silenzio totale, tanto quanto una conversazione—mille volte più rumorosa. Suona bene.

Per saperne di più
  • Come fanno 60 decibel ad essere mille volte più di zero? è che i decibel sono un po’ strani: qui c’è un riassunto di questa ed altre particolarità
  • Che vuol dire “rumore bianco”? Può essere di altri colori?
  • Secondo alcuni il silenzio totale rende pazzi. Agli scienziati non basta sentirlo dire. Devono provarci.

 

Foto copertina: CC0 Sam Halstead, via pixabay.

La notte delle stelle cadenti

CC-BY-NC-ND David Kingham, via Flickr

Agosto, con le sue serate miti, è un ottimo momento per uscire a guardare le stelle. E quando meglio delle sere intorno al 10, la famosa notte delle stelle cadenti?

L’universo ci regala questo spettacolo grandioso perché, tra luglio e agosto, la Terra attraversa la scia di detriti lasciati dalla cometa Swift-Tuttle. La cometa è ormai ben lontana ma, quando era passata di qua (relativamente vicino al Sole), si era scaldata, eruttando vapore, polvere e sassolini ovunque. Questa roba è rimasta come una scia dietro la cometa e, quando la Terra l’attraversa, i granelli le cadono letteralmente addosso. Mentre attraversano l’atmosfera, diventano incandescenti, lasciando tracce luminose: le stelle cadenti.

Ho sempre pensato fosse l’attrito con l’aria a generare il calore, ma ho recentemente imparato che non è così. Appena entrano nell’atmosfera, infatti, schiacciano una contro l’altra le molecole che incontrano. Per una famosa legge fisica, l’aria si scalda quando compressa, e granelli microscopici che arrivano a velocità pazzesche (migliaia di kilometri l’ora!), la comprimono tantissimo. L’aria, diventata rovente, scalda a sua volta la polvere fino a farla diventare incandescente.

La Terra attraversa i detriti della cometa Swift-Tuttle mentre orbita il Sole. La direzione del movimento e la prospettiva fanno sembrare che le stelle cadenti arrivino da un punto. CC-BY-SA Aanderson@amherst.edu/wikimedia

La Terra, in tutto questo, si sta muovendo lungo la sua orbita, perciò investe i detriti della cometa tutti nella stessa direzione. Di conseguenza, le stelle cadenti sembrano arrivare da un punto nel cielo (detto radiante), come la pioggia che sembra arrivare da un punto davanti a noi mentre guidiamo. Siccome per le stelle cadenti di agosto, questo punto è nella costellazione di Perseo, sono chiamate perseidi.

Ma non sono le uniche. La Terra attraversa altre comete durante l’anno, e vari detriti spaziali la colpiscono di continuo. In totale, secondo una stima, le stelle cadenti “ingrassano” la Terra di 15mila tonnellate l’anno.

Anche se è moltissimo materiale, la maggior parte sono granelli di polvere che si dissolvono nell’atmosfera, quindi non c’è da preoccuparsi. Quelli un po’ più grandi possono arrivare spettacolarmente a Terra (ricordate Chelyabinsk?). Cose ancora più grandi sono effettivamente pericolose. Ma sono rare, molti scienziati—particolarmente quelli della fondazione B612 (dal nome molto puccioso)—stanno lavorando ad una soluzione.

Quindi le stelle cadenti non sono veramente stelle. Però quando abbiamo dato loro il nome, chiamavamo stella più o meno qualunque lumicino in cielo, e queste almeno cadono davvero verso la Terra. Visto quanto ci sbagliavamo su altre cose, questa possiamo prenderla per buona.

Per saperne di più

 

Foto copertina: CC0 DIE_UFOS/pixabay.com

Il contrario di heavy metal

L’idrogeno è l’elemento più leggero che ci sia. Sulla Terra, normalmente è un gas. Qualche volta lo usiamo liquido per raffreddare cose, ma può esistere anche in altre forme. Forse anche come metallo.

Usando micro-pistoni di diamante, un gruppo di ricercatori dell’Università di Edimburgo ha compresso atomi di idrogeno, raggiungendo pressioni circa 4 milioni di volte quella atmosferica.

Gli scienziati hanno sparato un laser nel materiale e hanno osservato come cambiava la luce attraversando il campione. In condizioni estreme, hanno osservato un comportamento nuovo, che segnala il passaggio da normale idrogeno ad un nuovo idrogeno V. “Usando la pressione possiamo costringere le molecole ad interagire”, dice Philipp Dalladay-Simpson, il giovane ricercatore che ha condotto gli esperimenti.

Secondo Ross Howie, un altro membro del team: “Abbiamo trovato un precursore dello stato metallico, che ha caratteristiche simili a quelle previste”.

L’idrogeno metallico non è mai stato osservato. Ma si pensa che, nel nucleo di pianeti come Giove e Saturno, l’insostenibile pressione di chilometri di gas (superiore anche a quella degli esperimenti), crei questo raro materiale.

Cover photo: CC0 Scott Webb/unsplash

Nebbia in Val Padana

Da nativo della bassa Pianura Padana, ho una discreta esperienza di nebbia. Solitamente non è un’esperienza piacevole, ma sapere cos’è le dà un po’ di poesia in più.

L’aria calda trattiene più umidità di quella fredda. In altre parole, in aria calda l’acqua rimane in forma di vapore più facilmente.

Quando una massa di aria calda e umida si raffredda rapidamente, l’acqua è costretta a condensarsi in goccioline. Succede all’umidissima aria della nostra doccia calda quando arriva sullo specchio. Succede alla calda aria estiva che sfiora il bicchiere col nostro aperitivo ghiacciato.

sundown

Ma succede anche se l’acqua non ha una superficie su cui condensarsi. In quel caso le goccioline condensate restano sospese nell’aria.

Particolarmente d’inverno, poi, il terreno si può raffreddare rapidamente rispetto all’aria intorno—specie al tramonto, oppure all’alba (col sole che scalda in fretta l’aria). Così l’umidità negli strati d’aria più vicini al suolo si condensa e diventa nebbia. Strato dopo strato, la nebbia sale (sì, sale).

Col passare della giornata, il terreno si scalda e la zona in cui si può formare la nebbia sale di quota. Perciò la nebbia sale quando si forma e per diradarsi.

Alcune zone sono più soggette al fenomeno: quelle con aria umida e poco vento. Se ci avete vissuto, saprete che nei periodi di nebbia è sempre nuvoloso. Il motivo è che quelle nuvole non sono altro che la nebbia risalita.

Infatti la nebbia si forma esattamente come si formano le nuvole: aria calda e umida che si condensa quando si raffredda. Che è il motivo per cui la nebbia mi ha guadagnato in poesia: è una nuvola, solo molto bassa.

Foto: walking the embankment, CC-BY-NC-ND palmasco, via Flickr. Some rights reserved. sundown, CC-BY jenny downing, via Flickr. Some rights reserved.

Il paese che rompe i televisori

C’è un paese ricco di bellezza: foreste, deserto, sterminati laghi salati, montagne altissime. Un paese dove guidare può diventare molto pericoloso. Un paese dove il vostro nuovo televisore al plasma durerà poco. ¡Bienvenidos a Bolivia!

Lo schermo al plasma è fatto di tante piccole lampade simili a quelle al neon. Funzionano facendo passare una corrente elettrica attraverso un contenitore di gas (sorprendente esempio: il neon), la corrente eccita gli elettroni del gas, che emettono raggi UV. Il rivestimento del contenitore è fluorescente, cioè trasforma raggi UV in luce visibile.

Nelle lampade al neon è luce bianca, in ogni pixel dello schermo è verde, rossa o blu, per formare tutte le immagini della nostra serie preferita.

Visto che ci piacciono schermi ad alta definizione molto piatti, le “lampade” al loro interno sono barattolini di gas sottili e delicatissimi.

Per questo, se la pressione esterna diventa troppo bassa, il gas si espande e deforma il barattolino, rendendo più faticoso il passaggio della corrente. Quindi il televisore deve lavorare di più, affaticando soprattutto il sistema di raffreddamento.Il risultato è un sacco di rumore e TV che invecchiano in fretta.

Normalmente non è un problema: la pressione atmosferica è più o meno sempre quella… al livello del mare.

Col crescere dell’altitudine, però, la pressione cala. Ecco cosa c’entra la Bolivia: molte delle sue principali città sono così in alto che creano problemi agli schermi al plasma.

 

Foto: Jungle and Mountains – Coroico, Bolivia, CC-BY-NC-ND Geee Kay, via Flickr. Some rights reserved

Mille bolle blu. Ghiacciate.

Nel gelo canadese, un uomo fa una bolla di sapone, che si ghiaccia quasi immediatamente. Siccome è una figata, ci fa un bel video. Chissà se sapeva di tutta la fisica che stava filmando.

Iniziamo dalla cosa più semplice: perché la bolla si ghiaccia per ultima alla base? La risposta è la gravità. Gli strati esterni della bolla scivolano verso il basso, perciò la base ha più acqua da congelare e ci mette di più.

Ma allora perché si ghiaccia a pallini e non dalla cima in giù? Perché il freddo non è tutta la storia: serve un punto di partenza per fare i cristalli di ghiaccio. Se non lo trova, l’acqua rimane liquida anche sotto zero, ma è molto instabile e ghiaccia appena viene disturbata.

La bolla di sapone è piena di molecole di sapone (sorpresa!) sparse un po’ a caso, che fanno da appiglio per iniziare i cristalli di ghiaccio.

Perché la bolla congelata scoppia invece di rimanere lì? Nei commenti, l’autore dice di averla scoppiata lui, ma secondo me bastava aspettare.

Lui ha soffiato l’aria dentro la bolla, quindi la temperatura lì è circa 30 gradi. La pressione è inizialmente quella atmosferica, ma cala rapidamente col raffreddarsi dell’aria. Questo crea una differenza di pressione che sforza moltissimo la superficie irrigidita della bolla che prima o poi collassa.

Tutto questo in meno di trenta secondi. È proprio vero che ogni piccola cosa nasconde grandi meraviglie.

Foto: Frozen, CC-BY-NC-ND Benjamin Lehman, via Flickr. Some rights reserved.